块体金属玻璃的连续成型及其超塑性变形行为研究

发布时间：2018-02-24 17:43

  本文关键词： 块体金属玻璃 连续制备工艺 显微组织 力学性能 超塑性变形　出处：《大连理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：块体金属玻璃(BMG),也称为块体非晶合金,是一种在固态下具有短程有序而长程无序的原子排列结构方式的特殊合金,通常由现代快速凝固或近快速凝固的冶金工艺制备且具有玻璃态材料特性的新型合金材料。较之于结晶态的金属材料,块体金属玻璃材料具备着更优异的力学性能,物理性能与化学性能,以及很高的耐磨性,耐蚀性等特点。这些远超常规结晶态金属材料的特点使块体金属玻璃在结构材料领域及功能材料领域中展现出极大的应用潜力,并引起了国内外学者的诸多关注。但块体金属玻璃成形方法发展尚未成熟,依然普遍存在着成本过高,同时制备条件过于苛刻,且制备效率低,因此仅能满足小批量生产,很大程度上对块体金属玻璃的商业化应用与发展产生了限制。本研究室自主开发的的水平连续成型技术是一种将铸坯沿水平方向向外牵引连续成型的先进材料制备技术,较之于常规金属制备技术,此制备技术的制备过程具有连续化的典型特点,连续制备技术的应用可以有效提高块体金属玻璃制备的效率,同时降低其生产成本。因此,为实现块体金属玻璃的大规模工业化生产,块体金属玻璃的连续制备技术的研究和完善具有着非凡的研究价值。本文关注点为块体金属玻璃的水平连续制备工艺参数的优化,尝试了块体金属玻璃连续制备更多的工艺参数。通过对块体金属玻璃连续制备过程中某些工艺参数的调节,实现块体金属玻璃材料连续制备技术的改进,并对不同工艺参数对块体金属玻璃在连续成型制备样品进行对比,以分析这些工艺参数的改变对样品所产生的影响。块状金属玻璃有着极高的强度与硬度,以及耐磨损等特性,这些特性也就决定了块体金属玻璃在室温下难于切削和变形,同时由于其宏观脆性的存在,室温加工几乎不可能进行。针对块体金属玻璃的这一特性,作为传统的金属加工技术的替代技术,以热塑成型为基础的加工方法在此可以得到应用。其原理是将金属加热至一个过冷态的温度范围内,在这个温度范围内,这些块状金属玻璃软化为粘性流体,可在一定压力下进行变形加工。因此本文中将会讨论在块状金属玻璃连铸样品成功制备后如何进行进一步的进行变形加工,并探讨其在小型设备中的应用前景。本文选用锆基块体金属玻璃作为研究对象,锆基块体金属玻璃具有较高的玻璃形成能力及热稳定性,临界冷却速率可达到10 K/s,过冷液相区间宽度可达90 K以上。同时,锆基块体金属玻璃也具有出色的力学性能,其断裂强度可接近2 GPa,其弹性极限可接近2%,若作为结构材料或功能材料具有非常巨大的发展潜力。因此,本文通过Zr55Cu30Ni5Al10合金成分研究了石墨-水冷铜复合铸型结构以及冷却水量两种工艺参数对块体金属玻璃连续成型样品的结构及力学性能的影响。研究表明,改变石墨-水冷铜复合铸型结构或冷却水量等凝固条件则会获得不同显微结构与力学性能的合金样品。在保证其余工艺参数不变的条件下,随着石墨流道嵌入复合铸型的深度由5 mm增加到40mm,Zr55Cu30Ni5Al10合金样品的微观结构和力学性能都随之改变。而在另一组实验中,同样表明了在保证其余工艺参数不变的条件下,随着冷却水量由2 L/min增加到8 L/min, Zr55Cu30Ni5Al10合金样品的显微结构和力学性能同样随之改变。通过两方面的工艺优化过程,得出较为理想的工艺参数后,应用此工艺制备了(Cu47Zr45Al8)96Y4合金样品,而后经过显微分析与力学性能检测,样品除少量Y2O3颗粒外基本属于玻璃结构,室温断裂强度强度达1.58GPa,维氏显微硬度值为532 HV。本文还对Zr55Cu30Ni5Al10与(Cu47Zr45Al8)96Y4块体金属玻璃合金样品分别进行了剪切变形测试和压缩变形测试,并对不同变形条件下得到的应力-应变曲线以及变形效果进行了对比与分析。
[Abstract]:Bulk metallic glass (BMG), also known as the bulk amorphous alloy, is a solid with short-range ordering and atom long-range disordered structure of special alloy, new alloy materials usually by metallurgy process of modern rapid solidification or near rapid solidification preparation and has glassy materials. Metal compared with the crystalline material, bulk metallic glass materials with more excellent mechanical properties, physical properties and chemical properties, and high wear resistance, corrosion resistance and so on. These far more than conventional crystalline metal material characteristics make bulk metallic glass exhibits great potential in the field of structural materials and functional materials, and attracted a lot of attention of scholars at home and abroad. But the bulk metallic glass forming method of development is not yet mature, still exist at the same time, the cost is too high, the preparation conditions are too harsh, and preparation. 鐜囦綆,鍥犳�や粎鑳芥弧瓒冲皬鎵归噺鐢熶海�

本文编号：1531147